煤矿长壁采煤主动式超前支护关键技术及应用

目前,中国矿井主要采用关节顶梁、液压支撑等单一立柱的被动式超前支护方式,很难在矿区实现无人值守。故而以回采巷道为研究对象,研究其在掘进过程关键环节中的影响规律,揭示掘进过程对掘进速度的影响,探索二者之间的内在联系,以期能够降低掘进成本,提高巷道的掘进效率。

长壁开采覆岩内水平定向长钻孔位置特征与卸压瓦斯抽采机理

长壁采空区卸压瓦斯抽采是煤矿绿色开采技术体系中煤与瓦斯共采的重要组成部分,在覆岩内布置水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯近年来应用较多;与高抽巷、普通高位钻孔不同,其在采动覆岩内布置抽采时,对覆岩破坏及瓦斯运移的响应与敏感性具有显著的特殊性。通过理论分析、数值模拟与工程实例验证等方法研究了采动覆岩内水平定向长钻孔的位置特征与卸压瓦斯抽采机理。阐述了水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯的技术原理,结合室内试验、数值模拟分析了水平定向长钻孔的3个位置特征:①钻孔布置位置区域瓦斯积聚程度高,为钻孔抽采瓦斯提供浓度条件;②钻孔布置位置区域裂隙较为发育,为钻孔抽采提供瓦斯源保障;③钻孔布置位置区域岩层受采动影响较小,为钻孔提供稳定性条件。在此基础上,从采动裂隙内瓦斯积聚程度、采动岩层渗透率和采动钻孔稳定性3个方面揭示了水平定向长钻孔布置抽采机理,提出了水平定向长钻孔的位置判据,给出了确定钻孔抽采位置的方法流程,并通过数值模拟、工程实例进行了合理性验证。研究结果表明:依据钻孔位置判据进行钻孔布置抽采的最大瓦斯抽采纯量达2.59 m^(3)/min,为其他对比钻孔的2.56倍;在定向长钻孔抽采作用下,回风巷最大瓦斯体积分数为0.11%~0.72%,风排瓦斯量为0.69~2.79 m^(3)/min,验证了按照钻孔位置确定方法进行钻孔布置抽采的合理性。研究成果可对矿井布置水平定向长钻孔抽采采空区卸压瓦斯提供技术依据,进而提高矿井卸压瓦斯抽采率、促进煤矿绿色开采技术发展。

长壁工作面支架阻力与涌水量时间序列数据联动关系分析

长壁工作面矿压与涌水量间的数据联动关系是实现基于矿山多源信息融合进行开采参数动态决策和灾害智能预警的基础内容之一。基于工作面支架阻力与涌水量现场数据,建立了时间序列GARCH模型,从静态和动态角度挖掘出矿压与涌水量之间的联动性和数据结构特征,提出了基于Almon分布模型的支架工作阻力与涌水量的滞后联动时间计算方法。研究结果表明:工作面回采期间工作面涌水量峰值和支架阻力之间具有显著的时变关联性;工作面支架阻力变动率和涌水量变动率均呈现非正态分布且具有波动集聚性和自相关性;在平稳时间序列ADF单位根检验、格兰杰因果检验和自相关检验的基础上,构建了支架阻力与涌水量数据的ARMA-GARCH-t-Copula边缘分布组合模型,确定了采用Clayton-Copula函数来描述两者数据的非对称相关结构特征和数据联动程度,可以捕捉到工作面支架阻力处于下降趋势或者剧烈波动时数据联动性更强,即顶板发生来压时,工作面涌水量也将出现峰值拐点;从动态角度建立了DCC-GARCH分析模型,案例工作面支架工作阻力和涌水量动态系数在-0.2649~0.2649波动,总体波动具有正联动性和长期协整关系;通过PDL估计模型对Almon分布滞后模型的参数进行了分析,提出了工作面支架阻力和涌水量数据滞后期的计算方法。研究成果可为长壁开采涌水量动态预测与智能预警提供基础数据分析模型。

基于雷达的新型长壁煤矿机器定位自动化研究

介绍了一种基于雷达的长壁煤矿机械定位自动化系统。该系统基于雷达测距传感器,旨在根据矿井隧道闸门道路基础设施定位采矿设备,并在一个煤矿井下进行了开发和试验。探讨几种概率数据处理技术,以便从单个雷达信号中估计出与闸门道路结构有关的两个关键定位参数,即沿轨位置和跨轨位置。在3D交互式显示器中探索了一种新的视觉分析方法,以方便识别用于分类器算法的重要特征。基于分类器的输出,识别出的元素被用作定位路径点,以提供稳健和准确的采矿设备定位估计。

急倾斜走向长壁工作面综采设备快速安装技术要点探析

目前,在我国煤矿产业中,在开采煤炭时,由于急倾斜走向长壁工作面综采设备的安装容易受自然环境限制,产煤层的倾斜角度普遍较大,导致运输时车辆可能存在倾斜。想要从根本上提升煤炭产量,综采设备快速安装技术必不可少。本文简要概述传统纵向轮轨式安装手段的应用,探究横向自溜安装技术的主要特征,重点分析急倾斜走向工作面综采设备快速安装技术。

急倾斜特厚煤层走向长壁综放工作面顶煤运动规律研究

通过相似材料模拟试验及FLAC数值模拟,对宝积山煤矿急倾斜厚煤层走向长壁综放开采顶煤运移规律进行了研究。通过分析顶煤运移及主应力分布特点表明,不同角度下松散放出体仍为近似椭球体,在煤层倾斜方向上轴线并未偏移;工作面角度对放出体发育高度及形态有较大影响,同时影响高位顶煤放出。研究对704工作面放煤工艺的参数优化具有指导意义。

倾斜长壁工作面下行开采液压支架工作阻力研究

为确定倾斜长壁工作面下行开采时液压支架额定工作阻力,以3112倾斜长壁综采放顶煤工作面为研究背景,通过工程地质调查、理论分析、数值模拟等研究手段,对工作面老顶等级、初次来压和周期来压步距进行了研究、确定了支架支护强度和额定工作阻力,研究结果表明:运用理论计算与数值模拟得出工作面老顶为Ⅳb级顶板、来压非常强烈,初次来压和周期来压步距分别为48.7 m和18.1 m,与已有矿压数据较一致,支架支护强度为0.6 MPa、额定工作阻力为3 780 kN,理论计算与数值模拟相结合的方法可用于确定倾斜长壁工作面下行开采时液压支架额定工作阻力。

浅析倾斜长壁开采的适用条件

本文通过分析对比,提出了倾斜长壁开采的适用条件。

诺模图在长壁工作面主要参数确定中的应用

实现高产高效矿井的核心问题是建立以工作面为核心的最佳开采体系，合理确定工作面参数是实现这一目标的关键，本论文详细介绍了美国采用诺模图确定工作面主要参数的方法，该方法形象直观，适用性强，具有很高的推广应用价值。

长壁采煤法在较复杂地质条件下的运用及效果

本文通过介绍涟邵矿务局朝阳煤矿在煤层倾角、倾向多变，小断层构造发育的近水平煤层中，使用走向长壁和倾斜长壁联合开采的实际效果，论证了联合开采能在煤层倾角倾向多变的条件下实现正规工作面采煤。指出联合开采与单一走向长壁和倾斜长壁相比，具有采区准备巷道简单，回采巷道基本能成一直线，工程量省，回采工作面基本等长，回采率高等优点。

大倾角煤层长壁综采:进展、实践、科学问题

大倾角煤层属难采煤层,在我国西部地区赋存广泛,此类煤炭资源的开发对区域经济发展起到了重要支柱作用。受煤层赋存条件制约,大倾角煤层的岩层运动机理复杂,作业空间受限,综合机械化开采难度大。自20世纪80年代起我国学者及一线工程技术人员便开始针对大倾角煤层的开采方法、岩层控制理论、关键技术装备展开研究。发展至今,已在理论、技术、装备等方面取得了较大进展,构建了较为完整的研究体系。从大倾角煤层长壁综采的进展、实践、科学问题3个方面系统梳理了已经取得的研究成果、积累的实践经验以及未来需要突破的关键科学问题。提炼出以下主要观点:①我国首次定义了大倾角煤层的概念(煤层倾角35°~55°)并给出了工程解释,但随着近年来装备水平与开采方法的不断提升革新,大倾角煤层倾角涵盖范围的工程解释应有所外延。自20世纪90年代起至今,在大倾角煤层长壁开采岩层控制基本理论与关键技术、工作面动力灾害防护方法、工作面主要装备研发等领域的研究与试验取得了较大进展。②在工程实践方面,除大倾角中厚煤层综采技术已趋于成熟外,大倾角厚煤层大采高综采、特厚煤层综放开采和薄煤层伪俯斜综采技术均有所突破并取得了一定效果,但仍存在诸多“瓶颈问题”亟需从科学层面予以解答。③仍需进一步加强复杂采动煤岩体力学性状与量化表征、复杂采动煤岩体力学行为及其对工作面灾变的控制作用、长壁采场“支架-围岩”系统多维交互动力学与多目标非稳态控制方法、非规则回采空间随机分离体形成-运动-损害过程及防护机制等科学问题研究,并以此为前提发明全新的开采方法、研发关键技术与装备,最终实现大倾角煤层安全高效与绿色开采。

长壁开采上覆岩层损伤范围及上行开采的层间距分析

针对长壁采空区上方岩层损伤影响范围及其遗弃煤层开采问题,用简化的平面力学模型,解析分析了煤层采出后长壁采空区上方岩层的损伤影响范围,并根据垂直方向上岩层的损伤影响程度按从大到小的顺序将采空区覆岩分为破损垮落带、损伤扰动带和无损变形带,获得了长壁采空区上方遗弃煤层上行开采的安全层间距计算公式.针对山西焦煤集团有限责任公司西山煤电集团公司白家庄煤矿8号煤层长壁采空区上方遗弃的6号煤层上行开采计算了其安全层间距.

急倾斜极软厚煤层走向长壁综放开采技术研究

以峰峰集团山西大远煤业1201急倾斜工作面为背景,系统研究了急倾斜厚煤层走向长壁综放开采的基本问题,指出支架的合理设计是该类煤层成功开采的首要条件,支架设计要充分考虑急倾斜厚煤层综放开采的顶板活动规律,以工作面上部顶板的冲击载荷确定支架的工作阻力。同时急倾斜支架要有足够的抗侧向挤压能力,结合工作面采放工艺确定侧护板的抗挤压能力。急倾斜厚煤层综放开采的顶煤放出体与煤岩分界面具有明显的不对称性。结合顶煤放出规律、支架稳定性等综合确定采放工艺,提出"下行动态分段、段内上行放煤"的采放工艺,适用于急倾斜厚煤层走向长壁综放开采,可最大限度地减少采放过程中对支架的不利影响,并可获得较高的顶煤采出率。工作面安装前需对软弱底板进行加固。

长壁老采空区残余沉降计算方法研究

在深入分析老采空区残余沉降机理的基础上,认为采动破裂岩体空隙是老采空区残余沉降的主要诱因,采用国内外得到的有关破裂岩体应力应变关系及采动破裂岩体高度计算方法,建立了老采空区残余下沉系数计算方法,分析了残余下沉系数与覆岩岩性、开采厚度、开采深度及建筑物载荷的关系。研究表明:①当开采厚度相同时,开采深度越小,残余下沉系数越大,说明后期可能产生的地表残余沉降越大;当开采深度相同时,开采厚度越大,残余下沉系数越小;②在建筑载荷与原岩应力比相同情况下,开采深度越小,下沉系数增加量越大,对老采空区的影响越大。

长壁工作面覆岩采动裂隙网络演化特征

以淮南张集矿1122(1)工作面为原型,制作了相似材料模型。结合分形几何理论研究了覆岩采动裂隙的分布及发育特征,并分析了覆岩采动裂隙长度与数量的分维与工作面推进长度之间的关系。研究发现:采动裂隙总数随着工作面推进长度增大而增大,且在主关键层弯曲前,裂隙总数逐渐增多;主关键层弯曲后,导致采空区中部部分裂隙闭合,而新生裂隙则不断增加。

超高水材料袋式长壁充填开采覆岩控制技术研究与应用

系统分析了超高水材料袋式充填开采采场覆岩结构的特点,得出了工作面支架需控岩层范围及其变化特征,揭示了长壁充填开采"支架-围岩"关系,明确了提高充填率是超高水材料袋式充填开采覆岩下沉控制的关键因素。结合亨健矿2515工作面充填开采地质与开采技术条件,开发并实施了隔板布置优化、采空区埋管补注浆充填、离层区打钻补注浆充填等充填率保障技术与工艺。现场实测结果表明,超高水材料袋式充填开采工作面矿压显现缓和、采场围岩破裂范围较小且能有效控制地表下沉:1工作面巷道顶底板最大移近量为258 mm,两帮最大移近量为183 mm,围岩变形较小;2微震监测系统表明,2515工作面超前破裂范围为20~30 m,围岩破裂高(深)度为顶板以上40 m至底板以下10 m,1个月后(推进距离60 m左右)已充填区域微震事件逐渐消失;3地表最大下沉量为265 mm,实测下沉系数为0.06。

长壁综采工作面采煤机定位定姿技术研究

分析了现有的采煤机支架传感定位技术、轨道里程计定位技术、自主定位技术的研究现状及其存在的问题;提出了以采区绝对坐标为参考坐标,采煤机在开采煤层内绝对定位的研究内容;探讨了采煤机定位技术在长壁综采工作面自动化中的作用。

超高水材料长壁工作面充填开采顶板控制技术

为研究充填工作面长度对岩层控制效果的影响，指导长壁工作面充填开采实践和为围岩变形控制提供依据，基于超高水材料的基本性能试验，利用差分法薄板理论建立了超高水材料长壁工作面充填开采顶板活动力学模型，得到关键层的预计变形量，分析充填工作面长度对关键层变形及破坏的影响，提出了长壁工作面充填开采顸板控制理念。研究结果表明：采空区顶板下沉最大挠度值随着工作面长度的增加而增加；要维持关键层不发生断裂，必须保证工作面长度和控顶长度在一定范围内。对比冀中能源陶一煤矿充1～5工作面（工作面长度50～60m）和充6工作面（工作面长度120m）充填开采实际情况，提出并应用地面充填系统构建、充填液面提高、隔离带设置、工作面锚网索支护4种长壁工作面顶板控制技术，有效地抑制了顶板变形，同时保证了良好的充填效果。

大倾角煤层走向长壁开采支架稳定性力学分析

大倾角煤层走向长壁工作面安全高效开采的关键是对围岩的有效控制,而围岩控制的难点在于“支架-围岩”系统的稳定性控制。在综合厘定与研究工作面“顶板-支架-底板”系统相互作用关系的基础上,采用理论分析方法,将底板假设为弹性地基,构建支架倾向力学模型,研究顶板载荷作用下支架的行为响应,并探讨采高、底板物理力学属性和架间作用等因素对支架稳定性的影响。结果显示,在大倾角煤层走向长壁开采中,工作面顶板在其自重及上覆岩层载荷作用下,沿着渐进于重力方向的曲线处于非连续运动状态中;受工作面顶板非连续运动影响,其对支架的作用载荷处于渐进累积过程,支架亦会随着顶板的运动而运动,且其运动幅度处于非连续渐进累积过程;支架稳定性随着顶板法向载荷的增大、顶板切向载荷的减小、顶板载荷偏载程度的减小、底板硬度的增大、采高的减小和支架侧护板千斤顶刚度的增大而增强;顶板法向载荷、底板地基系数、采高和支架侧护板千斤顶刚度仅能在一定程度上增大或减小支架的运动幅度,而顶板切向载荷和顶板载荷作用位置不仅能影响支架的运动幅度,亦会改变其运动方向,且较其它因素而言,其对支架稳定性影响较显著。严控工作面倾斜中上部区域顶板稳定并及时调整支架位态,以减小工作面顶板对支架的切向载荷和顶板载荷的偏载程度,是控制支架稳定的有效途径。

大倾角煤层长壁综采支架典型应用实例及改进研究

通过分析我国大倾角煤层走向长壁综合机械化开采技术取得的发展,结合大倾角中厚煤层综采、大倾角特厚煤层长壁综放和大倾角厚煤层4.5 m大采高综采工程实践的典型实例,论述了大倾角煤层综采支架的使用效果与改进情况。归纳总结出了直接决定大倾角综采支架使用效果的亟待解决的重大问题,如支架过重、侧护板伸缩不灵、底调千斤顶现场无法更换以及不能带压移架等。建议以"工作阻力适中化、抗倒滑可靠化、架重轻型化"的理念主导大倾角液压支架的持续改进,最后对掣肘大倾角综采支架持续改进的相关深层次问题进行了梳理与思考,以协同促进大倾角综采支架向标准化发展。